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Title:
JELLY ROLL BATTERY CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/117901
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a battery cell (2) comprising a conductive support layer (8). The support layer (8) has an accumulator material coating (10) and the battery cell (2) is designed as a jelly roll battery. The battery cell is characterised in that the accumulator material coating (10) of the support layer is non-continuous (12).

Inventors:
KAMMER MICHAEL (DE)
HAVERLAND DANIEL (DE)
Application Number:
EP2013/076807
Publication Date:
August 07, 2014
Filing Date:
December 17, 2013
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
H01M10/04
Foreign References:
JP2007026786A2007-02-01
JP2011100674A2011-05-19
EP2680361A12014-01-01
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Batteriezelle (2), aufweisend

eine leitfähige Trägerschicht (8);

wobei die Trägerschicht (8) eine Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) aufweist; und

wobei die Batteriezelle (2) als eine Jelly Roll-Batteriezelle ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass

dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) der Trägerschicht nichtdurchgängig (12) ausgebildet ist.

2. Batteriezelle gemäß Anspruch 1 ,

wobei die Batteriezelle (2) eine ovale, O-förmige bzw. rechteckige

Rollenform (14,26) mit zwei ersten Seiten (16) und zwei zweiten Seiten (18) aufweist;

wobei die nichtdurchgängige Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) im Bereich einer der ersten und der zweiten Seiten (16,18) angeordnet ist.

3. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,

wobei die Trägerschicht (8) als eine Folienträgerschicht ausgebildet ist.

4. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,

wobei die Trägerschicht (8) als eine metallische Trägerschicht ausgebildet ist, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet ist.

5. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,

aufweisend zumindest zwei Trägerschichten (8);

wobei die zumindest zwei Trägerschichten (8) parallel ineinander gerollt in der Jelly Roll-Batteriezelle (2) angeordnet sind. 6. Akkumulatorystem (24) für ein Transportmittel; aufweisend

ein Gehäuse (4), und zumindest eine Batteriezelle (2) gemäß einem der vorhergehenden

Ansprüche.

7. Akkumulatorystem (24) gemäß Anspruch 6;

wobei das Gehäuse (4) ausgebildet ist als ein rechteckiges Gehäuse (4); und

wobei die zumindest eine Batteriezelle (2) im Wesentlichen rechteckig (26) ausgebildet ist.

8. Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine Batteriezelle (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder ein Akkumulatorsystem (24) gemäß Anspruch 6 oder 7.

Description:
Jelly Roll-Batteriezelle

Die vorliegende Erfindung betrifft Akkumulatortechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen neuartigen Aufbau einer Batteriezelle. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle, ein

Akkumulatorsystem für ein Transportmittel sowie ein Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug.

Stand der Technik

Herkömmliche Batterie- bzw. Akkumulatorzellen weisen unterschiedliche Bauformen auf. Eine mögliche Bauform ist die Ausgestaltung als sogenannte Jelly Roll.

Hierbei wird eine flexible Trägerschicht mit einer Akkumulatormaterial- Beschichtung versehen und nachfolgend rollenförmig aufgerollt. Die

Trägerschicht kann hierbei eine metallische Trägerschicht, insbesondere ausgebildet als eine Kupferfolie oder Aluminiumfolie sein. Die unterschiedlichen Trägerschichten der Batteriezelle ergeben im gerollten Aufbau, insbesondere nach Durchtränkung mit Elektrolyt, die Anschlusspole der fertigen Batteriezelle. In einer herkömmlichen Batteriezelle sind dabei regelmäßig zumindest eine Kupferfolie sowie eine Aluminiumfolie mit zwischenliegender

Akkumulatormaterial-Beschichtung vorgesehen, die nachfolgend rollenförmig verarbeitet werden.

Herkömmlich wird die Akkumulatormaterial-Beschichtung , auch genannt Pastendruck, großflächig über die gesamte Trägerschicht aufgebracht. Die Akkumulatormaterial-Beschichtung weist dabei somit einen im Wesentlichen einstückigen bzw. durchgehenden Aufbau je Batteriezelle auf.

Bekannte Batteriezellen könne hierbei einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, jedoch auch, je nach gewünschtem Einsatzszenario, einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt bzw. eine O-Form aufweisen, wobei eine Seite meist länger, insbesondere signifikant, länger als die andere Seite ausgebildet ist.

Offenbarung der Erfindung

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartig Aufbaus einer Batteriezelle, insbesondere einer Jelly Roll- Batteriezelle.

Demgemäß wird eine Batteriezelle, ein Akkumulatorsystem für ein

Transportmittel sowie ein Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug gemäß den unabhängigen

Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Insbesondere im Falle, dass eine Jelly Roll-Batteriezelle mit einem ovalen oder o-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, sorgt die Akkumulatormaterial- Beschichtung insbesondere an der Stirnseite des Ovals, welche kleiner ausgeführt ist, aufgrund des dort auftretenden Biegeradius und des Materials der Akkumulatormaterial-Beschichtung auf der Trägerschicht dafür, dass dieser Randbereich, welcher für die Energiespeicher- und Energielieferfunktion der Batteriezelle im Wesentlichen vernachlässigbar ist, nicht eckig ausgeführt werden kann, sondern noch immer eine gewisse Rundung aufweisen muss.

Unter Akkumulatormaterial-Beschichtung ist im Weitern im Wesentlichen ein Kathoden- /Anoden-Aktivmaterial zu verstehen.

Durch diese gezwungene Rundung ergeben sich Toträume um die Batteriezelle, insbesondere bei Verwendung eines im Wesentlichen rechteckigen Gehäuses, welche unnötigerweise mit Elektrolytmaterial befüllt werden müssen. Es ist somit in der Batteriezelle mehr Elektrolytmaterial als für die reine Funktion benötigt vorzusehen. Meist werden auch mehrere ovale Batteriezellen nebeneinander in ein rechteckiges Gehäuse eingebracht, wodurch aufgrund der zuvor

beschriebenen Rundungen der kurzen Seiten des Ovals die genannten Toträume entstehen, welche mit Elektrolyt aufgefüllt werden müssen. Eine erfindungsgemäße Batteriezelle weist nun eine nicht durchgängige

Akkumulatormaterial-Beschichtung der Trägerschicht auf. Insbesondere die Bereiche der Trägerschicht, welche nach Ausbildung der Jelly Roll im Bereich der kurzen Seite des Ovals angeordnet sind, können dabei ausgespart werden. Eine solche Aussparung an Akkumulatormaterial-Beschichtung stellt dabei einen

Radienbereich bereit, welcher aufgrund der fehlenden Akkumulatormaterial- Beschichtung flexibler und dünner ausgebildet ist. Somit können Trägerschichten in diesem Radienbereich der kurzen Ovalseite platzsparend aufeinandergelegt, insbesondere„eckig" verformt werden, wodurch sich der Platz zwischen einem rechteckigen Gehäuse und der Jelly Roll-Batteriezelle effizienten ausnützen lässt.

Insbesondere reduziert sich aufgrund der eckig ausgestalteten kurzen Ovalseiten ein auftretender Totraum, insbesondere zwischen Gehäuse und Batteriezelle, was zu einer Reduzierung der vorzusehenden Elektrolytmenge führt. Die

Batteriezelle mag somit bei gleicher Kapazität kleiner ausfallen, alternativ kann ein bestehendes Gehäuse mit einer geeignet vergrößerten Batteriezelle mit erhöhter Kapazität versehen sein. Auch ergibt sich eine Kosteneinsparung aufgrund der reduzierten Elektrolytmenge.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Figur la-c einen exemplarischen Aufbau einer Batteriezelle gemäß der

vorliegenden Erfindung; und

Figur 2 einen exemplarischen Aufbau eines Akkumulatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Weiter Bezug nehmend auf Figuren la-c wird ein exemplarischer Aufbau Batteriezelle gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Figur la zeigt eine Trägerschicht 8, welche beispielsweise aus Metall, z.B. aus Aluminium oder Kupfer bestehen, insbesondere als Aluminiumfolie oder

Kupferfolie ausgeführt sein kann. Auf die Trägerschicht aufgebracht wird eine Akkumulatormaterial-Beschichtung 10, welche nichtdurchgängig ausgebildet ist und insbesondere nichtdurchgängige Bereiche 12 zwischen den einzelnen Beschichtungsbereichen 10 aufweist. Die genaue Dimensionierung der Größe der Beschichtungsbereiche 10, der nichtbeschichteten Bereiche 12 sowie die jeweilige Abfolge der Bereiche ist einer konkreten Ausgestaltung einer

Batteriezelle geschuldet. Insbesondere hängen diese von einer beabsichtigten Wicklung der Batteriezelle ab.

Die im Wesentlichen plane Trägerschicht 8 gemäß Figur la wird nachfolgend gemäß Figur lb aufgerollt und somit als Jelly Roll- Batteriezelle 2 ausgebildet.

Figur lb zeigt exemplarisch eine im Wesentlichen ovale Form bzw. O-Form 14 mit einer langen Seite 16 sowie einer kurzen Seite 18. Akkumulatormaterial- Beschichtung 10 ist dabei im Wesentlichen ausschließlich derart auf der Trägerschicht 8 aufgebraucht, so dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 nach Rollung der Batteriezelle 2 im Bereich der langen Seite 16 auftritt. Im

Bereich der kurzen Seite 18 wiederum ist im Wesentlichen keine Beschichtung 12 vorgesehen.

Das normalerweise durch Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 auf der langen Seite 16 benötigte Volumen zwischen zwei Lagen der Trägerschicht 8 bzw. verschiedenen Trägerschichten 8 stellt sich auf der kurzen Seite 18 als im Wesentlichen freier Raum dar. Dadurch kann das Trägerelement 8 auf den kurzen Seiten 18 kompaktiert, gemäß Figur lc„eckig" geformt werden, wodurch sich aus der Ovalform bzw. O-Form 14 eine im Wesentlichen Rechteckform 26 ergibt.

Aufgrund des Kompaktierens der Trägerschichten 8 an den kurzen Seiten 18 ergibt sich der eckige Bereich 20, wobei gleichzeitig der dortige Freiraum reduziert wird. Gegenüber der Form der Figur lb weist somit die Form der Figur lc eine Längeneinsparung 22 auf. Diese ermöglicht, die Baugröße eines

Akkumulatorsystems 24 zu reduzieren oder alternativ die Kapazität eines Akkumulatorsystems 24 bei gleichbleibender Baugröße zu erhöhen.

Weiter Bezug nehmend auf Figur 2 wird ein exemplarischer Aufbau

Akkumulatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Figur 2 zeigt den exemplarischen Aufbau eines Akkumulatorsystems 24 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Akkumulatorsystem 24 weist ein im

Wesentlichen rechteckiges Gehäuse 4 auf, welches an zwei Seiten jeweils einen Stromkollektor 6 aufweist, der die exemplarisch 4 Batteriezellen der Figur 2 parallel verbindet und nach außen führt.

Aufgrund der eckigen Ausgestaltung des Gehäuses 4 weisen Batteriezellen 2, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, einen reduzierten Totraum aufgrund der verbesserten rechteckigen Ausgestaltung 26 auf. Dadurch benötigt Gehäuse 4 weniger Elektrolytmaterial zur Füllung.